UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA ESCOLA POLITÉCNICA
MESTRADO EM ENGENHARIA AMBIENTAL URBANA
SAMARA FERREIRA ANDRADE
APLICAÇÃO DA TÉCNICA DE RECIRCULAÇÃO DE CHORUME EM ATERROS TROPICAIS – ESTUDO DE CASO DO ATERRO SANITÁRIO METROPOLITANO
CENTRO (ASMC).
Salvador – BA 2014
SAMARA FERREIRA ANDRADE
APLICAÇÃO DA TÉCNICA DE RECIRCULAÇÃO DE CHORUME EM ATERROS TROPICAIS – ESTUDO DE CASO DO ATERRO SANITÁRIO METROPOLITANO
CENTRO (ASMC).
Dissertação apresentada ao curso de Mestrado em Engenharia Ambiental Urbana da Escola Politécnica da Universidade Federal da Bahia, como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre.
Orientador: Prof. Ph. D. Sandro Lemos Machado
Salvador – BA 2014
A553 Andrade, Samara Ferreira.
Aplicação da técnica de recirculação de chorume em aterros tropicais: estudo de caso do Aterro Sanitário Metropolitano Centro (ASMC) / Samara Ferreira Andrade. – Salvador, 2014.
173f. : il. color.
Orientador: Prof. Dr. Sandro Lemos Machado.
Dissertação (mestrado) – Universidade Federal da Bahia. Escola Politécnica, 2014.
1. Chorume - recirculação. 2. Aterro sanitário. 3. Resíduo sólido ur-bano. 4. Monitoramento geotécnico. I. Machado, Sandro Lemos. II. Universidade Federal da Bahia. III. Título.
SAMARA FERREIRA ANDRADE
APLICAÇÃO DA TÉCNICA DE RECIRCULAÇÃO DE CHORUME EM ATERROS TROPICAIS – ESTUDO DE CASO DO ATERRO SANITÁRIO METROPOLITANO
CENTRO (ASMC).
Salvador, 16 de Julho de 2014.
Banca Examinadora:
__________________________________________________ Prof. Ph. D. Sandro Lemos Machado – Orientador
Universidade Federal da Bahia – UFBA
_________________________________________________ Prof. Ph. D. Miriam de Fátima Carvalho
Universidade Católica do Salvador – UCSAL
_________________________________________________ Prof. Ph. D. Miriam Gonçalves Miguel
Com muito amor e carinho dedico este trabalho a minha filha, amiga e companheira Dandara, minha principal fonte de inspiração, que sacrificou parte de sua infância para me ajudar nessa etapa de nossas vidas. Dedico também a meu marido Fábio e aos meus sogros Raymunda e José Maurício pelo apoio, dedicação e longas jornadas auxiliando na criação de minha pequena, para que fosse possível a conclusão desta pesquisa, que sem sombra de dúvidas, este trabalho é deles também.
AGRADECIMENTOS
A Deus e aos espíritos de luz por me iluminarem e protegerem em todos os momentos de minha vida.
A minha família, que é a base de minha história e dessa árdua e prazerosa caminhada. Por estarem sempre presentes, compartilhando alegrias e auxiliando nas provas e expiações.
Ao querido professor Sandro Lemos Machado, por me permitir caminhar em novos horizontes. Sempre presente com muita atenção, compreensão, paciência e bom humor. Compartilhando conhecimentos de forma tranquila e educativa.
As queridas professoras Míriam de Fátima Carvalho e Iara Brandão pelas orientações, compreensão, carinho e incentivo, sempre contribuindo para o sucesso desse trabalho.
Ao grande amigo e mestre Átila Caldas, meu querido Brutus, pela amizade, disponibilidade, apoio, ensinamentos, sabedoria e contribuições durante essa jornada.
Aos queridos amigos do GEOAMB Mario Sérgio, Leonardo, Gustavo, Ritinha e Jeová pela convivência agradável durante todo este tempo. Serei eternamente grata pela receptividade, carinho, apoio e amizade. Em especial aos técnicos Antônio e Ricardo que se empenharam e tiveram um compromisso diferenciado para realização desse trabalho.
À BATTRE e aos seus funcionários, por atuarem em parceria com o GEOAMB e UFBA subsidiando e apoiando o desenvolvimento desta e diversas outras pesquisas no estado da Bahia.
À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), pela concessão da bolsa de mestrado.
Aos amigos da turma de 2012 do MEAU, Eudóxio, Carmem, Sônia, Juliana e Bruno pelas discussões, contribuições e orientações durante todo esse período.
Feliz aquele que transfere o que sabe e aprende o que ensina. Cora Coralina
ANDRADE, S. F. Samara Ferreira Andrade. Aplicação da técnica de recirculação de chorume em aterros tropicais – Estudo de caso do Aterro Sanitário Metropolitano Centro (ASMC). 173 p., Dissertação (Mestrado) – Escola Politécnica, Universidade Federal da Bahia, Salvador, 2014.
Resumo
Em Salvador, assim como em várias outras capitais brasileiras, os Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) são direcionados para aterros sanitários, onde sofrem um processo de degradação predominantemente anaeróbio ocasionando a geração de metano, dióxido de carbono, gás sulfídrico, amônia, e outros gases, além do chorume. Diversos estudos apontam que o processo de disposição do RSU aliado com recirculação do chorume mostra ser consideravelmente preferível ao processo convencional, visto que, incidindo a recirculação do percolado até a estabilização do mesmo, ocorre uma diminuição dos custos operacionais tornando, então, a técnica bastante atrativa. Desta forma, esta pesquisa busca a investigação da aplicabilidade da técnica de recirculação do chorume em um aterro sanitário situado em região de clima tropical, avaliando a sua capacidade de provocar uma aceleração da estabilização destes resíduos, e um acréscimo do volume de biogás gerado no aterro, e contribuir para amenizar a carência de estudos em grande escala ligados às técnicas de recirculação de chorume no Brasil. Assim, foram pesquisadas as interferências da ação da recirculação do chorume em uma macrocélula de disposição de RSU com idades de aterramento variando de 04 a 17 anos. Os parâmetros estudados estavam voltados para produção, pressão, composição do biogás gerado na macrocélula, bem como aspectos geotécnicos tais como recalques e deslocamentos horizontais, aceleração do processo de estabilização dos resíduos e ampliação das oportunidades comerciais para Aterro Sanitário Metropolitano Centro (ASMC). Apesar do curto horizonte estudado (aproximadamente 15 meses), foram evidenciados discretos benefícios da aplicação da técnica sob aspectos geotécnicos, todavia não foram registrados eventos que comprovassem a viabilidade da mesma na otimização de produção de biogás em células com RSU, já em estágio avançado de decomposição.
Lista de Figuras
Figura 3-1– Registro fotográfico marco superficial antes da instalação no ASMC. ... 38
Figura 3-2 - Registro fotográfico piezômetro câmara dupla instalado no ASMC. ... 38
Figura 3-3 – Participação de fontes renováveis na matriz elétrica. ... 41
Figura 3-4 – Crescimento do consumo de energia elétrica e PIB. ... 41
Figura 3-5 - Esquema genérico de uma instalação de incineração. ... 47
Figura 3-6 - Esquema genérico de uma instalação de incineração. ... 47
Figura 3-7 - Sistema de coleta de RSU através do arco de plasma da PyroGenesis. ... 50
Figura 3-8 - Configuração esquemática do biorreator em escala laboratorial. ... 54
Figura 3-9 – Resultados alcançados – DQO. ... 55
Figura 3-10 – Resultados alcançados – Ácidos Graxos Voláteis (AGV). ... 55
Figura 3-11 – Resultados alcançados – Amônia. ... 55
Figura 3-12 – Resultados alcançados - pH. ... 56
Figura 3-13 – Volumes de chorume produzidos e utilizados no experimento. ... 57
Figura 3-14 – Resultados da produção de gás. ... 57
Figura 3-15 – Resultados das análises dos parâmetros químicos analisados. ... 58
Figura 3-16 – Pulverização do chorume via caminhão-tanque. ... 60
Figura 3-17 – Poços de injeção de chorume. ... 60
Figura 3-18 – Sistema de injeção de chorume. ... 61
Figura 4-1 – Vista aérea do ASMC. ... 68
Figura 4-2 – Vista Termoverde. ... 69
Figura 4-3 – Motogeradores de 1038 KW. ... 69
Figura 4-4 – área de compressores e filtros. ... 69
Figura 4-5 – Sistema de recuperação de biogás ... 71
Figura 4-6– Dreno Profundo ... 71
Figura 4-7 - Curva do comportamento da geração total de CH4 no ASMC ... 72
Figura 4-8 - Curva do comportamento da geração total de CH4 na Macrocélula. ... 72
Figura 4-9 – Registro fotográfico das bacias gêmeas de contenção de chorume ... 75
Figura 4-10 – Registro fotográfico da bacia envelopada de contenção de chorume... 75
Figura 4-11 – Registro fotográfico do pátio de carga de chorume... 76
Figura 4-12 – Atividades de Caracterização do RSU no ASMC. ... 77
Figura 4-13 – Processo de caracterização dos RSN no ASMC. ... 78
Figura 4-14 – Localização dos pontos de amostragens dos RSV no ASMC – Destaque para pontos na macrocélula (círculo amarelo). ... 83
Figura 4-15 – Processo de caracterização dos RSV no ASMC... 84
Figura 5-1 – Croqui esquemático células de disposição - ASMC. ... 86
Figura 5-2 – Registro fotográfico macrocélula 1 – destaque para áreas de disposição do resíduo sólido recente e resíduo sólido antigo. ... 87
Figura 5-4 – Produção de biogás DE-102... 90
Figura 5-5 – Localização dos pontos de coleta de chorume relacionados com a pesquisa – destaque círculos azul claro. ... 91
Figura 5-6 – Croqui esquemático sistema de recirculação de chorume. ... 92
Figura 5-7 - Croqui esquemático Poços e Drenos tipo P1. ... 93
Figura 5-8 – Croqui esquemático Drenos P2. ... 94
Figura 5-9 – Tanque de recirculação de chorume. ... 95
Figura 5-10 – Válvula de retenção e controle da taxa de injeção de chorume. ... 96
Figura 5-11 - Localização dos marcos superficiais (vermelho) e piezômetros (marrom) – destaque para marcos (circulo azul), piezômetros (círculo verde) e tanque de recirculação (quadrado verde) situados na macrocélula.97 Figura 5-12 - Detalhes do marco superficial instalados no ASMC. ... 98
Figura 5-13 – Croqui piezômetros instalados na macrocélula. ... 100
Figura 5-14 – Medidor de nível – destaque para sensor. ... 103
Figura 5-15– Medidor de nível ... 103
Figura 5-16 – Inserção do medidor de nível no dreno ... 104
Figura 5-17 – Ajuste do sensor no dreno ... 104
Figura 5-18– Verificação do nível de chorume no dreno ... 104
Figura 5-19 – Procedimento de limpeza do tanque de chorume ... 105
Figura 5-20 – Local da instalação inicial do hidrômetro. ... 105
Figura 5-21 – Hidrômetro instalado. ... 105
Figura 6-1 – Evolução mensal das massas de resíduos dispostas no ASMC. ... 107
Figura 6-2 – Evolução anual das massas de resíduos dispostas no ASMC. ... 108
Figura 6-3 – Evolução das massas de RSU aterradas na macrocélula. ... 109
Figura 6-4 – Distribuição percentual dos RSU aterradas na macrocélula. ... 110
Figura 6-5 – Caracterização do chorume bacias de contenção – destaque em amarelo para fase com recirculação de chorume. ... 110
Figura 6-6 – Relação DBO/DQO do chorume bacias de contenção. ... 111
Figura 6-7 – Relação volume de chorume x precipitação... 113
Figura 6-8 – Caracterização do chorume: pH, DQO e Condutividade – Pontos P1, P2, P3 e P4. ... 114
Figura 6-9 – Caracterização do chorume: pH, DQO e Condutividade – P5 e P6. ... 116
Figura 6-10 – Volumes de chorume – piezômetros macrocélula. ... 117
Figura 6-11 – Pressão Biogás PZ-03. ... 118
Figura 6-12 – Pressão Biogás PZ-04. ... 118
Figura 6-13 – Pressão Biogás PZ-10. ... 119
Figura 6-14 – Pressão Biogás PZ-11. ... 119
Figura 6-15 – Pressão Biogás PZ-05. ... 120
Figura 6-16 – Pressão Biogás PZ-02. ... 121
Figura 6-17 – Pressão Biogás PZ-12. ... 121
Figura 6-18 – Relação massa de RSU aterrada e vazão média do biogás gerado em todo aterro. ... 122
Figura 6-20 – Diferença entre vazão de metano medida e a prevista. ... 124
Figura 6-21 – Produção de biogás na macrocélula ao longo dos anos. ... 124
Figura 6-22- Produção de biogás DE-008. ... 125
Figura 6-23- Produção de biogás DE-013. ... 126
Figura 6-24- Produção de biogás DE-102. ... 126
Figura 6-25- Produção de biogás DE-143. ... 126
Figura 6-26- Produção de biogás DE-159. Fonte: ... 127
Figura 6-27- Produção de biogás DE-012. ... 127
Figura 6-28- Produção de biogás DE-103. ... 128
Figura 6-29- Produção de biogás DE-105. ... 128
Figura 6-30- Produção de biogás DE-210. ... 128
Figura 6-31 – Divisão da macrocélula em 6 grupos de acompanhamento – marcação dos marcos superficiais. 130 Figura 6-32 – Evolução recalques parciais - marcos superficiais grupo 1. ... 132
Figura 6-33 – Evolução das velocidades médias de recalque - marcos superficiais grupo 1. ... 132
Figura 6-34 – Evolução dos recalques acumulados - marcos superficiais grupo 1. ... 132
Figura 6-35 – Evolução recalques parciais - marcos superficiais grupo 2. ... 133
Figura 6-36 – Evolução das velocidades médias de recalque - marcos superficiais grupo 2. ... 134
Figura 6-37 – Evolução dos recalques acumulados - marcos superficiais grupo 2. ... 134
Figura 6-38 – Evolução recalques parciais - marcos superficiais grupo 3. ... 135
Figura 6-39 – Evolução das velocidades médias de recalque - marcos superficiais grupo 3. ... 135
Figura 6-40 – Evolução dos recalques acumulados - marcos superficiais grupo 3. ... 136
Figura 6-41 – Evolução recalques parciais - marcos superficiais grupo 4. ... 137
Figura 6-42 – Evolução das velocidades médias de recalque - marcos superficiais grupo 4. ... 137
Figura 6-43 – Evolução dos recalques acumulados - marcos superficiais grupo 4. ... 137
Figura 6-44 – Evolução recalques parciais - marcos superficiais grupo 5. ... 138
Figura 6-45 – Evolução das velocidades médias de recalque - marcos superficiais grupo 5. ... 138
Figura 6-46 – Evolução dos recalques acumulados - marcos superficiais grupo 5. ... 139
Figura 6-47 – Evolução recalques parciais - marcos superficiais grupo 6. ... 140
Figura 6-48 – Evolução das velocidades médias de recalque - marcos superficiais grupo 6. ... 140
Figura 6-49 – Evolução dos recalques acumulados - marcos superficiais grupo 6. ... 140
Figura 6-50 – Evolução dos recalques acumulados ASMC. ... 142
Figura 6-51 – Evolução dos recalques célula 1 - Muribeca. ... 142
Figura 6-52 – Evolução dos recalques célula 2 - Muribeca. ... 143
Figura 6-53 – Evolução dos deslocamentos horizontais parciais - marcos superficiais grupo 1. ... 144
Figura 6-54 – Velocidades médias dos deslocamentos horizontais - marcos superficiais grupo 1. ... 145
Figura 6-55 – Evolução dos deslocamentos horizontais acumulado - marcos superficiais grupo 1. ... 145
Figura 6-56 – Evolução dos deslocamentos horizontais parciais - marcos superficiais grupo 2. ... 146
Figura 6-57 – Evolução dos deslocamentos horizontais acumulado - marcos superficiais grupo 2. ... 146
Figura 6-58 – Velocidades médias dos deslocamentos horizontais - marcos superficiais grupo 2. ... 147
Figura 6-60 – Velocidades médias dos deslocamentos horizontais - marcos superficiais grupo 3. ... 148
Figura 6-61 – Evolução dos deslocamentos horizontais acumulado - marcos superficiais grupo 3. ... 149
Figura 6-62 – Evolução dos deslocamentos horizontais parciais - marcos superficiais grupo 4. ... 150
Figura 6-63 – Velocidades médias dos deslocamentos horizontais - marcos superficiais grupo 4. ... 150
Figura 6-64 – Evolução dos deslocamentos horizontais acumulado - marcos superficiais grupo 4. ... 151
Figura 6-65 – Evolução dos deslocamentos horizontais parciais - marcos superficiais grupo 5. ... 152
Figura 6-66 – Velocidades médias dos deslocamentos horizontais - marcos superficiais grupo 5. ... 152
Figura 6-67 – Evolução dos deslocamentos horizontais acumulado - marcos superficiais grupo 5. ... 152
Figura 6-68 – Evolução dos deslocamentos horizontais parciais - marcos superficiais grupo 6. ... 153
Figura 6-69 – Velocidades médias dos deslocamentos horizontais - marcos superficiais grupo 6. ... 154
Figura 6-70 – Evolução dos deslocamentos horizontais acumulado - marcos superficiais grupo 6. ... 154
Figura 10-1 – Trincas. ... 169 Figura 10-2 – Trincas. ... 169 Figura 10-3 – Trincas. ... 170 Figura 10-4 – Trincas. ... 170 Figura 10-5 – Trincas. ... 170 Figura 10-6 – Trincas. ... 170
Lista de Quadros
Quadro 3-1 Características dos principais componentes dos RSU ... 26
Quadro 3-2 Características das fases da digestão anaeróbia dos RSU ... 32
Quadro 3-3 Fases de estabilização do percolado em aterro. ... 33
Quadro 3-4 – Vantagens e desvantagens da incineração de RSU. ... 48
Quadro 3-5 – Vantagens e desvantagens da gaseificação de RSU. ... 49
Quadro 3-6 Caracterização do chorume ... 52
Quadro 5-1- Disposição de RSU na macrocélula – ASMC. ... 87
Quadro 5-2 - Evolução dos volumes de injeção de chorume na macrocélula no ASMC. ... 96
Quadro 5-3– Localização dos marcos superficiais na macrocélula. ... 99
Quadro 5-4– Localização dos piezômetros na macrocélula. ... 100
Quadro 6-1– Estimativa da população atendida pelo ASMC. ... 108
Quadro 6-2– Detalhamento das contribuições de RSU dispostos no ASMC. ... 109
Quadro 6-3– Comparação qualitativa chorume bacias e dados encontrados na literatura. ... 112
Lista de Tabelas
Tabela 3-1 - Valores para BMP encontrados na literatura. ... 45 Tabela 3-2 - Análise comparativa dos recalques superficiais. ... 65 Tabela 4-1 Resultados da geração e da composição química relativa do biogás, L0 e dos valores ajustados de k
para as amostras de RSU ensaiadas nos testes de BMP. ... 74 Tabela 4-2 - composição gravimétrica dos RSN coletados em diferentes épocas, em termos de base seca (BS) e base úmida (BW) ... 78 Tabela 4-3 - Composição física dos resíduos dispostos no ASMC. ... 80 Tabela 4-4 – Comparativo da composição gravimétrica ASMC e Aterro Muribeca. ... 81 Tabela 4-5 - Teor de umidade médio, em base seca de cada componente do RSN coletado em diferentes datas. 81 Tabela 4-6 - Teor de umidade global para os resíduos novos estudados... 82 Tabela 4-7 – Teor médio de sólidos totais voláteis, matéria orgânica e lignina obtidos para a fração pastosa dos resíduos estudados. ... 82 Tabela 4-8 - Teor de umidade em base seca, por componente dos RSU aterrados, coletados por meio de abertura de cavas. ... 84 Tabela 4-9 - Teor de umidade global para resíduos sólidos velhos (RSV) obtidos por meio de abertura de cavas. ... 85
Lista de Abreviaturas e Siglas
ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas
ABRELPE - Associação Brasileira de Empresas de Limpeza Pública de Resíduos AGV - Ácidos Graxos Voláteis
AOV - Ácidos Orgânicos Voláteis
ASMC - Aterro Sanitário Metropolitano Centro
BATTRE – Bahia Transferência e Tratamento de Resíduos S/A BF - Fração Biodegradável
BFw - Fração Biodegradável do resíduo como um todo BMP - Potencial Bioquímico de Metano
BS - Base Seca
BTEX - Benzeno, Tolueno, Etilbenzeno e Xileno BW - Base Úmida
Ca - Cálcio Cd - Cádmio
CFC - Clorofluorcarbono CH3COOH - Ácido acético
CH4 - Gás Metano
CO2 - Dióxido de Carbono (Gás Carbônico)
COD - Carbono Orgânico Degradável COMGAS - Companhia de Gás de São Paulo
COMLURB - Companhia Municipal de Limpeza Urbana do Rio de Janeiro COMPESA - Companhia Pernambucana de Saneamento
CONDER - Companhia de Desenvolvimento Urbano do Estado da Bahia DC - Drenos de Coberturas DE - Drenos de Espinhas DG - Dreno de gás DJ - Dreno de Junção DP - Drenos Perfurados DS - Dreno de Superfície
EPE - Empresas de Energia Elétrica ETE - Estação de Tratamento de Esgotos
GEOAMB - UFBA - Laboratório de Geotecnia Ambiental INMET - Instituto Brasileiro de Meteorologia
IPCC - Painel Intergovernamental de mudanças climáticas k - Constante relacionada à taxa de geração de metano K - Potássio
L0 - Potencial de geração de metano
MDL - Mecanismo de Desenvolvimento Limpo MME - Ministério de Minas e Energia
mV - Milivolts N2 - Gás Nitrogênio
Na - Sódio NH3 - Amônia
NTK - Nitrogênio Total Kjeldahl O2 - Oxigênio
O3 - Ozônio
PMS - Prefeitura Municipal do Salvador ppbV - Partes por bilhão em volume ppm - Partes por milhão
ppmv - Partes por milhão em volume
PROSAB - Programa de Pesquisas em Saneamento Básico q - Taxa específica de geração de CH4
Q - Geração horária de CH4 estimada para as células de disposição do aterro
q* - Ajuste da taxa específica de geração de CH4 R - Constante universal dos gases ideais
RSN – Resíduo Sólido Novo RSV – Resíduos Sólido Velho RSU - Resíduos Sólidos Urbanos ST - Sólidos Totais
STV - Sólidos Totais Voláteis SV - Sólidos Voláteis
UFBA - Universidade Federal da Bahia
VCC - Hidrocarbonetos Clorados Voláteis ou Solventes Clorados VOC - Compostos Orgânicos Voláteis
w - Teor de umidade gravimétrica - Teor de umidade volumétrica
Sumário 1. Introdução ... 19 2. Objetivos ... 23 2.1. Objetivo Geral ... 23 2.2. Objetivos Específicos ... 23 3. Revisão da literatura ... 24
3.1. Classificação dos resíduos sólidos urbanos (RSU) ... 24
3.2. Disposição final dos RSU em aterros sanitários. ... 26
3.3. Impactos ambientais associados a disposição inadequada dos RSU ... 29
3.4. Processos microbiológicos e a eficiência da degradação dos RSU em aterros. ... 31
3.5. Geotecnia em aterros sanitários. ... 36
3.5.1. Monitoramento de recalques e deslocamentos horizontais ... 38
3.5.2. Monitoramento do nível d'água e percolados. ... 40
3.6. Aproveitamento energético dos RSU ... 40
3.7. Estimativas da geração de biogás em aterros sanitários ... 42
3.8. Aproveitamento do poder calorífico dos RSU aterrados. ... 45
3.8.1. Incineração ... 46
3.8.2. Gaseificação ... 48
3.8.3. Arco de plasma ... 49
3.9. Geração, tratamento e recirculação do chorume ... 51
3.10. Características do chorume ... 51
3.11. Tratamento para o chorume gerado em aterros sanitários. ... 52
3.12. Recirculação do chorume em biorreatores. ... 53
3.13. Recirculação do chorume em aterros sanitários. ... 59
4. O Aterro Sanitário Metropolitano Centro - ASMC ... 67
4.1. Histórico de operação e funcionamento ... 67
4.2. Unidade geradora de energia – Termoverde ... 68
4.3. Sistema de recuperação de biogás ... 70
4.4. Estimativa de geração de metano no ASMC e na Macrocélula... 71
4.5. Determinação do potencial bioquímico de metano do ASMC ... 73
4.6. Sistema de drenagem do chorume... 74
4.7. Caracterização do RSU disposto no ASMC ... 76
5. Materiais e métodos ... 86
5.1. Área de estudo – Macrocélula de disposição de resíduos ... 86
5.2. Sistema de drenos de gás. ... 88
5.3. Monitoramento qualitativo do chorume. ... 90
5.4. Sistema de recirculação do chorume. ... 91
5.5. Monitoramento geotécnico. ... 96
5.6. Medição do nível de chorume nos drenos e da pressão do biogás ... 103
5.7. Limpeza do tanque de chorume ... 104
6. Resultados e discussões. ... 107
6.1. Disposição de RSU no ASMC. ... 107
6.2. Caracterização do chorume. ... 110
6.3. Monitorização dos níveis de chorume na Macrocélula. ... 117
6.4. Monitorização da pressão do biogás. ... 118
6.5. Análise global da produção de metano. ... 121
6.6. Monitoramento geotécnico - Recalques. ... 129
6.7. Monitoramento dos deslocamentos horizontais. ... 143
7. Considerações finais ... 155
8. Sugestões para trabalhos futuros ... 157
9. Referências bibliográficas ... 158
10. APENDICE ... 168
10.1. Acompanhamento de campo – registro das intercorrências. ... 168
1. Introdução
Um dos principais problemas ambientais e de saúde pública é proveniente da disposição inadequada de resíduos sólidos urbanos (RSU). O resíduo sólido que vem recebendo maior atenção das administrações municipais, dos técnicos e da sociedade em geral, é o resíduo urbano, isso muito em função do grande volume gerado, dos problemas sanitários e consequentemente dos enormes custos envolvidos, sendo que esses resíduos são dispostos de diversas formas que nem sempre são as mais adequadas (PINTO e JUNIOR, 2000; GHANEM et al., 2001).
A gestão e a destinação final dos RSU, comumente denominado de lixo, constituem um dos grandes problemas a ser enfrentado pela humanidade. No Brasil e em especial na Bahia, este é um problema de grande dimensão, perante o grande volume gerado, dificuldades logísticas para coleta e transporte, além da forma inadequada em que o resíduo tem sido disposto.
Uma das destinações finais mais conhecidas e utilizadas nos grandes centros urbanos brasileiros quando o assunto é RSU é o aterro sanitário. Ele é uma opção correta sob vários aspectos: ambientais, sanitários, sociais, dentre outros.
Ao chegar aos aterros sanitários, o RSU é disposto no terreno, obedecendo a critérios de engenharia e normas operacionais específicas. Todavia o aterro por si só não resolve o problema do RSU, uma vez que parte dos resíduos aterrados dá origem a um líquido de coloração escura, altamente poluidor, denominado chorume ou lixiviado. A composição básica do chorume irá variar de acordo com: tipos de resíduos contidos no aterro sanitário, forma como o aterro é executado e operado, hidrologia da região, dentre outros fatores.
Nos aterros sanitários, tanto a umidade do RSU quanto a do solo de cobertura, têm grande influência na formação do chorume. Segundo São Matheus (2008), no Aterro Sanitário Metropolitano Centro (ASMC), o teor de umidade inicial do RSU chega a ser o principal responsável pelo acúmulo de líquidos na célula, enquanto houver entrada de resíduos no aterro. A autora destaca ainda que é muito importante diferenciar o teor de umidade inicial do RSU do teor de umidade quando o resíduo estiver depositado no aterro. Segundo a autora, o teor de umidade inicial do RSU depende da composição do resíduo produzido e do tempo de exposição às intempéries antes e durante a coleta do RSU, enquanto que o teor de umidade do RSU já depositado depende da quantidade de água que infiltra no aterro, da evaporação, dos
procedimentos de operação do aterro, idade do RSU, profundidade de aterramento, funcionamento do sistema de drenagem de lixiviados, água de constituição do RSU liberada por processos biológicos e umidade removida com os gases do aterro.
Partindo do fato que os RSU quando dispostos em aterro sofrem um processo de degradação predominantemente anaeróbio ocasionando a geração de metano, dióxido de carbono, gás sulfídrico, amônia, e outros gases, além do chorume, como já citado, a adoção de técnicas de tratamento de RSU que incluam a recirculação de chorume pode representar uma aceleração do processo de estabilização dos resíduos em aterros sanitários, otimização da produção do biogás e ampliação das oportunidades comerciais para o mesmo, além de tornar-se bastante atrativa tendo em vista os aspectos ambientais, operacionais e financeiros.
Nesse sentido, segundo Cintra (2003), a adoção de técnicas de tratamento de RSU que incluam a recirculação de chorume pode representar uma aceleração do processo de estabilização da matéria biodegradável dos resíduos e tornar-se bastante atrativa tendo em vista os aspectos:
i. Ambiental: uma vez que poderá ser aplicada na melhoria do tratamento dos RSU, revertendo-se em benefícios diretos para a proteção do solo e dos corpos de água receptores dos efluentes gerados no processo de decomposição de resíduos;
ii. Operacional e financeiro: uma vez que poderá reduzir os custos das unidades de destinação final de RSU, além de disponibilizar critérios e parâmetros de projeto, obtidos para a realidade brasileira, possibilitando que as empresas de limpeza pública desenvolvam projetos mais otimizados.
Acredita-se que a aplicação da técnica de recirculação, aliada à gestão adequada dos RSU e a busca por fontes alternativas de geração de energia, pode auxiliar ou proporcionar uma autonomia financeira para o próprio aterro e contribuir para melhoria do balanço ambiental.
Salienta-se, contudo, que a adoção desta técnica pode trazer prejuízos para a estabilidade geotécnica do maciço de RSU, seja pelo aumento do nível de lixiviado ou pelo aumento nos valores de pressão de biogás que podem comprometer a estabilidade dos taludes.
Assim, o presente trabalho é focado na avaliação do desempenho e das interferências da técnica de recirculação do chorume no Aterro Sanitário Metropolitano Centro-ASMC
(localizado na Região Metropolitana de Salvador) em diversos aspectos do aterro, como nível de lixiviados, produção e pressão de biogás e estabilidade de taludes.
Para a realização deste trabalho foi utilizada a macrocélula de disposição de resíduos sólidos urbanos do ASMC. A macrocélula em questão permaneceu ativa durante o período compreendido entre outubro de 1997 a abril de 2003, onde recebeu 4.107.733,50 m³ de RSU, distribuídos em suas 4 células: C1, C2, C3, C4. Em abril de 2004 foi realizada a junção da macrocélula com célula C5 que operou durante os anos de 2003 a 2010, havendo períodos de ociosidade. Na macrocélula e em todo o ASMC encontra-se instalado um sistema de drenos de biogás interligado a uma termoelétrica, de forma a permitir que o biogás gerado seja captado, monitorado e convertido em energia elétrica. Assim, uma análise comparativa dos níveis de produção de biogás, dos parâmetros que influem na estabilidade do maciço de resíduos (pressão de biogás, nível de chorume e valores de recalque) e eficiência do processo de decomposição dos resíduos é desenvolvida empregando-se os períodos pré e pós-recirculação do chorume.
Para atender aos objetivos da pesquisa proposta, foi realizada uma revisão da literatura sobre os temas envolvidos, onde esta é apresentada no capítulo 3. A revisão está pautada em temas como: 3.1) Classificação dos resíduos sólidos urbanos (RSU); 3.2) Disposição dos RSU - Aterros Sanitários; 3.3) Impactos ambientais associados a disposição inadequada dos RSU; 3.4) Processos microbiológicos e a eficiência da degradação dos RSU em aterros; 3.5) Geotecnia em aterros sanitários; 3.6) Aproveitamento energético dos RSU; 3.7) Estimativas da geração de biogás em aterros sanitários; 3.8) Aproveitamento do poder calorífico dos RSU aterrados; 3.9) Características do chorume; 3.10) Tratamento para o chorume gerado em aterros sanitários; 3.11) Recirculação do chorume em biorreatores; e 3.12) Recirculação do chorume em aterros sanitários.
No capítulo 4, apresenta-se o Aterro Sanitário Metropolitano Centro – ASMC. Este capítulo encontra-se dividido em: 4.1) Histórico de operação e funcionamento; 4.2) Unidade geradora de energia – termoverde; 4.3) Sistema de recuperação de biogás; 4.4) Estimativa de geração de metano no ASMC e na Macrocélula; 4.5) Determinação do potencial bioquímico do metano no ASMC; 4.6) Sistema de drenagem do chorume; e 4.7) Caracterização do RSU disposto no ASMC.
pesquisa, além da descrição da área de estudo e sistemas físicos nela instalados. Desta forma o capítulo encontra-se estruturado em: 5.1) Área de estudo – Macrocélula de disposição de resíduos; 5.2) Sistema de drenos de gás; 5.3) Monitoramento qualitativo do chorume; 5.4) Sistema de recirculação do chorume; 5.5) Monitoramento geotécnico; 5.6) Medição do nível de chorume nos drenos e da pressão do biogás; 5.7) Limpeza do tanque de chorume; e 5.8) Instalação de hidrômetro.
No capítulo 6 encontram-se listados os resultados e discussões, englobando o período anterior e durante a aplicação da técnica de recirculação do chorume na macrocélula, organizados em: 6.1) Disposição de RSU no ASMC; 6.2) Caracterização do chorume; 6.3) Monitorização dos níveis de chorume dentro da Macrocélula; 6.4) Análise global da produção de metano; 6.5) Monitoramento geotécnico – Recalques; 6.6) Monitoramento dos Deslocamentos Horizontais; e 6.7) Informações geotécnicas - Pressão do biogás.
No capítulo 7 estão listadas as considerações finais, no capítulo 8 as sugestões para trabalhos futuros, no capítulo 9 as referências bibliográficas e no capítulo 10 encontra-se o Apêndice.
2. Objetivos
2.1. Objetivo Geral
Avaliar a performance e as interferências da técnica de recirculação do chorume no Aterro Sanitário Metropolitano Centro (ASMC), em diversos aspectos do aterro, como nível de lixiviados, produção, composição e pressão de biogás e estabilidade de taludes.
2.2. Objetivos Específicos
Avaliar o impacto do uso da técnica de recirculação de chorume nos deslocamentos do maciço de RSU, no nível de lixiviado e nos valores de pressão de biogás.
Avaliar as características do chorume e do biogás produzidos no processo de digestão anaeróbia de resíduos sólidos urbanos, para duas situações diferentes: sem recirculação de chorume e com recirculação de chorume;
Analisar a geração de CH4 na macrocélula de resíduos por meio da comparação em períodos distintos: antes e durante a recirculação do chorume.
3. Revisão da literatura
3.1. Classificação dos resíduos sólidos urbanos (RSU)
Desde as sociedades primitivas, humanos e animais utilizam a Terra como recurso de apoio à vida e para dispor seus resíduos. Hoje em dia com o aumento populacional e mudanças nos hábitos de vida das pessoas, a produção e o descarte de resíduos transformaram-se num grande problema para a sociedade, tendo em vista a superação da capacidade do meio em assimilar os rejeitos descartados e as mudanças no perfil da população, cada vez mais consumista (TCHOBANOGLOUS et. al,. 1993).
Para que seja possível criar alternativas sustentáveis modernas, viáveis economicamente e corretas do ponto de vista ambiental e social, torna-se necessário conhecer a fundo as características dos RSU e o comportamento da população local, uma vez que, sem a contribuição da sociedade, no que tange aos programas ambientais, dificilmente será possível alcançar o sucesso de ações que visem a melhoria do saneamento básico ambiental.
Considera-se como saneamento básico ambiental, todas as ações da sociedade cuja finalidade seja promover acesso ao abastecimento de água potável, coleta e disposição sanitária de resíduos sólidos urbanos, disciplina sanitária de uso do solo, drenagem urbana e controle de doenças transmissíveis, para proteger e melhorar as condições de vida da população.
A ABNT NBR 10.004/2004 que discorre sobre a classificação dos resíduos sólidos quanto aos seus riscos potenciais ao meio ambiente e à saúde pública, para que possam ser gerenciados adequadamente, apresenta a classificação dos resíduos sólidos em:
Resíduo Classe I – Aqueles que apresentam periculosidade. Para fins desta norma, periculosidade seria a característica apresentada por um resíduo que, em função de suas propriedades físicas, químicas ou infectocontagiosas, pode apresentar inflamabilidade, corrosividade, reatividade, toxicidade ou patogenecidade, ou seja, são aqueles que apresentam risco à saúde pública, provocando mortalidade, incidência de doenças ou acentuando seus índices ou riscos ao meio-ambiente, quando gerenciados de forma inadequada;
o Resíduo Classe IIA – Os não inertes, ou seja, aqueles que não se enquadram nas classificações de resíduos classe I - Perigosos ou de resíduos classe II B - Inertes, nos termos desta Norma. Os resíduos classe II A – Não inertes podem ter propriedades, tais como biodegradabilidade, combustibilidade ou solubilidade em água.
o Resíduo Classe IIB – Inertes, ou seja, quaisquer resíduos que, quando amostrados de uma forma representativa, segundo a ABNT NBR 10007, e submetidos a um contato dinâmico e estático com água destilada ou deionizada, à temperatura ambiente, conforme ABNT NBR 10006, não tiverem nenhum de seus constituintes solubilizados a concentrações superiores aos padrões de potabilidade de água, excetuando-se aspecto, cor, turbidez, dureza e sabor.
Uma classificação dos resíduos sólidos bastante interessante é a apresentada por Barros (1998), que enfatizada a utilização de critérios diversificados para classificar os resíduos, tais como:
Quanto à origem: domiciliar, comercial, público, industrial; Quanto à tratabilidade: biodegradável, descartável, reciclável;
Quanto ao grau de biodegradabilidade: facilmente biodegradável (ex. matéria orgânica proveniente de folhas e restos de comida), moderadamente biodegradável (ex. papel, papelão, etc.), dificilmente biodegradável (ex. pano, borracha, etc.) ou não biodegradável (ex. vidro, plástico, metal, etc.);
Quanto à reatividade: inerte, orgânico ou reativo.
O autor acrescenta que a dificuldade em se classificar os constituintes do RSU se deve à sua composição extremamente heterogênea, que varia de acordo com as condições socioeconômicas, climáticas e sazonais de cada região. Libânio (2002) defende a ideia de que a conceituação de RSU não deve se propor a discriminar em pormenores os constituintes da massa de resíduos, mas sim, delinear o conjunto das atividades que contribuem mais diretamente para a sua geração.
Sowers (1973) apud Boscov (2008) afirma que os componentes dos RSU são muito variados e apresentam propriedades físicas e químicas diferentes. O Quadro 2-1 apresenta as características dos principais componentes dos RSU.
Quadro 3-1 Características dos principais componentes dos RSU
Componentes Características Fontes de geração
Resíduos alimentares
Muito úmido, putrescível, rapidamente degradável, compressível
Restaurantes, Residências, Lanchonetes, etc. Papel, trapo Seco a úmido, compressível, degradável,
inflamável Comercio, residências, indústrias, etc. Resíduos de
jardinagem Úmido, putrescível, degradável, inflamável Residências, parques e praças, hortos Plásticos Seco, compressível, pouco degradável, inflamável Indústrias, comércios, residências, etc. Metais ocos Seco, corrosível, pode ser amassado Restaurantes, indústrias, comércio, etc. Metais maciços Seco, fracamente corrosível, rígido Indústrias, construções, etc.
Borracha Seco, inflamável, compressível, não pode ser
amassado, pouco degradável Indústrias, oficinas, comércio, etc. Vidro Seco, pode ser esmagado, pouco degradável Industriais, residências, comércio, etc. Madeiras e
espumas
Seco, pode ser amassado, compressível, degradável, inflamável
Madeireiras, residências, feiras, comércios, etc. Entulho de
construção
Úmido, pode ser amassado, erodível, pouco
degradável Construções, residências, etc. Cinzas, pó
Úmido, possui características de solo, compressível, pode ser ativo quimicamente e
parcialmente solúvel
Cemitérios, indústrias, cerâmicas, madeireiras, etc.
Adaptado de: Sowers (1973) apud Boscov (2008)
Estima-se que diversos problemas socioambientais podem estar relacionados com a ausência de um gerenciamento integrado de resíduos que envolva atividades desde a geração até a disposição final, sem esquecer da carência de programas de educação ambiental ou de conscientização da população. Acredita-se que a partir do momento em que estes problemas urbanos estejam solucionados, mesmo que parcialmente, já seja possível perceber reflexos positivos na qualidade de vida da população, saúde pública e conservação dos recursos naturais.
3.2. Disposição final dos RSU em aterros sanitários.
Muitos municípios adotam o aterro sanitário como alternativa principal para a disposição dos RSU e parte final do seu sistema de gerenciamento integrado de resíduos, uma vez que os aterros sanitários, quando bem planejados e gerenciados, obedecendo a todos os critérios e
normas de engenharia, permitem um confinamento seguro dos RSU, minimizando os efeitos dos impactos ambientais associados ao descarte de RSU, garantindo o controle da poluição ambiental e consequentemente proteção à saúde pública.
Segundo a ABNT (1997) o local definido para implantação de aterros sanitários deve ser aquele que o impacto ambiental decorrente de sua operação seja minimizado, haja a maximização da aceitação popular, onde a implantação esteja de acordo com o zoneamento da região, onde o aterro opere por longos períodos e necessite apenas de poucas obras no início de sua operação. Outras considerações apontadas por Boscov (2008) compreendem baixa densidade populacional, proximidade da fonte geradora, vias de acesso e transporte adequado, baixo índice de precipitação, pouca declividade e distância razoável de qualquer fonte de abastecimento de água.
Em muitos municípios baianos há dificuldades na definição de um espaço apropriado para implantação de um aterro sanitário, todavia, os maiores problemas para construção se dão pela carência de mão de obra local especializada para desenvolver, planejar, executar e gerenciar estes aterros. Isso sem contar com problemas de caráter socioeducativo, uma vez que, grande parte da população baiana não possui conhecimentos sobre a forma adequada do descarte dos seus resíduos e as consequências desse descarte inapropriado.
Alguns objetivos e metas precisam ser alcançados quando se deseja identificar uma área propícia para instalação do aterro, são eles:
Definição de espaços localizados fora de áreas de restrição ambiental, aquíferos menos permeáveis, solos mais espessos e menos sujeitos aos processos de erosão e escorregamentos, além de possuir declividade apropriada e distância de habitações, cursos d’água, rede de alta tensão;
Implantação e manutenção de um sistema de gerenciamento integrado, com estrutura logística bem definida, e processos interligados de forma a proporcionar a maximização da vida útil do empreendimento, máxima capacidade de recebimento de resíduos e separação total dos recicláveis.
Baixos custos de instalação e operação do aterro: menores gastos com infraestrutura, menor distância da zona urbana geradora dos resíduos e disponibilidade de material de
cobertura.
Aceitabilidade social, através da menor oposição da comunidade vizinha.
Alcançando-se as metas acima listadas, deve-se então efetuar um estudo mais aprofundado da área pretendida, abrangendo os aspectos e impactos do empreendimento, levantamento dos dados geológicos, geomorfológicos, hidrológicos além de dados sobre o clima.
Diversas são as formas de se projetar e operar um aterro sanitário. Todavia independe do projeto concebido, eles devem ser monitorados e controlados de forma a não permitir a disponibilidade de contaminantes para o meio ambiente, seja por meio terrestre, aquático, aéreo ou pela fauna. Por isso seus projetos visam a reduzir as possibilidades de poluição das águas superficiais e subterrâneas, do solo, ar e eliminar os potenciais impactos adversos na cadeia alimentar.
Os poluentes provenientes de um aterro podem ser relacionados direta ou indiretamente com os resíduos em decomposição, que por sua vez originam percolados (chorume), gases, massas pastosas e efluentes.
Para controlar a possível migração de percolados ou gases, os aterros sanitários dispõem de recursos, tais como: sistemas de drenagem de chorume, barreiras impermeáveis naturais (argilas) ou artificiais (mantas impermeabilizantes), sistema de captação de gás, queimadores e/ou flares, etc.
Todo projeto de aterro deve também prever medidas que:
Controlem erosões superficiais;
Possibilitem a integridade das camadas impermeáveis e drenantes; Atuem sobre o alívio das pressões;
Minimizem a ação de odores; Controlem proliferação de vetores,
Garantam a estabilidade dos taludes/ maciços.
Segundo Boscov (2008) e o Manual de Operação de Aterros Sanitários da Companhia de Desenvolvimento Urbano do Estado da Bahia (CONDER), aqui no Brasil, é obedecida a seguinte sequência construtiva e operacional num aterro sanitário:
A área de disposição é recoberta com um revestimento de base, geralmente composto por camadas que permitam a drenagem e impermeabilização;
A construção das camadas de RSU é feita em rampas, onde o resíduo é descarregado dos caminhões no pé desta rampa e com o auxílio máquinas robustas (trator esteira, compactadores, etc.) esse resíduo é espalhado e compactado;
É efetuada a cobertura com camadas de solo e/ou mantas específicas;
Cada célula de disposição é trabalhada até atingir a cota máxima de trabalho, que varia de acordo com as características do projeto e estabilidade do maciço;
As células são revestidas na base, topo e laterais, havendo no mínimo uma drenagem na base.
Toda célula que passa pela junção ou sobreposição deve estar com o processo de decomposição do resíduo em estado avançado e/ou maduro;
O topo do aterro geralmente recebe um sistema de impermeabilização superior ou uma cobertura final, composta por camadas de drenagem e impermeabilização. Esse sistema é composto por canaletas e drenos.
3.3. Impactos ambientais associados a disposição inadequada dos RSU
Diversas pesquisas apontam uma série de problemas causados direta ou indiretamente pela disposição inadequada dos RSU, isso muito em função de sua composição extremamente heterogênea, podendo conter desde materiais orgânicos até compostos químicos perigosos, sem contar com agentes patogênicos.
Quando estes RSU não são tratados ou dispostos de forma adequada, alguns impactos ambientais adversos podem ser originados ou potencializados, tais como:
Contaminação do solo: seja pela decomposição do resíduo, pela ação de animais ou micro-organismos, ou ainda pela ação do chorume;
Contaminação de águas superficiais e/ou subterrâneas: ação do chorume, arraste de materiais via águas pluviais, ação de compostos químicos, etc.;
Contaminação do ar: resultante do gás gerado durante a decomposição dos resíduos, ou pela queima descontrolada dos resíduos;
Propensão de vetores de doenças: agentes patogênicos, animais, etc.; Poluição visual.
Além destes, diversos outros impactos ambientais podem ser relacionados com a segregação, coleta, transporte, disposição e decomposição dos resíduos, uma vez que muitos são os fatores que afetam os impactos ambientais oriundos dos sistemas de gestão e gerenciamento dos resíduos sólidos, tornando difícil uma comparação direta entre todas as alternativas. Análise do Ciclo de Vida (ACV) tem se apresentado como uma alternativa promissora quando se deseja realizar comparações de desempenho entre os diversos sistemas disponíveis, uma vez que, a ACV considera e quantifica todas as consequências ambientalmente relevantes oriundas do produto, sistema ou processo, durante toda a sua vida (BARLAZ et al., 2003).
Baseado na aplicação da ACV, Mendes et al. (2004) concluíram que o uso de aterros como opção de tratamento/disposição confere um maior impacto ambiental que a incineração, uma vez que, quando operado de maneira arbitrária pode contribuir substancialmente para o aquecimento global, em função da grande emissão de metano, maior poder de acidificação do solo e de contaminação da água, em função da enorme quantidade de contaminantes que são originados no processo de decomposição do RSU.
Entretanto, quando os resíduos biodegradáveis são direcionados para a compostagem ou biogasificação e apenas os outros resíduos são destinados ao aterro, observa-se uma significativa redução dos impactos ambientais, uma vez que a compostagem reduz o volume dos resíduos de 50 a 85%, aumentando assim a vida útil dos aterros (SHARHOLY et al.,
2008).
3.4. Processos microbiológicos e a eficiência da degradação dos RSU em aterros.
Quando dispostos em aterros sanitários, os RSU passam por processos naturais de degradação, sejam eles aeróbios (com oxigênio) ou anaeróbios (ausência de oxigênio). No ASMC esse processo microbiológico ocorre em meio anaeróbio, no qual as bactérias convertem massa biodegradável em dióxido de carbono, água e compostos complexos precursores do metano, acetato e hidrogênio, resultando em matéria orgânica bioestabilizada.
Segundo Jardim (2000), a estabilização do resíduo orgânico através de processos anaeróbios é lenta e pode acarretar no aumento do potencial de produção de chorume e elevação dos níveis de gás metano produzido. Todavia dados coletados durante a operação do ASMC apontam para a geração de metano já nas primeiras semanas em que o RSU é disposto no aterro, de forma a permitir que os drenos utilizados para captação do biogás, que são instalados concomitantemente com a frente de operação, detectem a presença de metano (com concentrações em torno de 10%), fornecendo assim o indicativo de inicio da fase ácida. (MACHADO et al, 2008).
No processo anaeróbio a biodegradação apresenta cinco fases de estabilização de resíduos orgânicos (Quadro 3.2): aeróbia, transição, ácida, metanogênica e fase de regressão. A duração de cada fase irá variar de acordo com a distribuição dos componentes orgânicos na célula do aterro, da disponibilidade dos nutrientes, do teor de umidade dos resíduos e do grau de compactação dos resíduos (TCHOBANOGLOUS et al. 1993). Ainda segundo estes autores, este é um modelo qualitativo que deve ser usado em separado para diferentes áreas do aterro, uma vez que o tempo para completar o enchimento de um aterro é muito longo, podendo ocorrer as cinco fases de biodecomposição simultaneamente, em diferentes setores do aterro, conferindo uma composição média ao chorume e ao biogás.
Fase
Período típico
Condição Período Típico
Início Duração
I 10 a 15 dias Horas a 1
semana Aeróbia
Como o oxigênio presente nos espaços vazios dos RSU se mistura com o oxigênio dissolvido nos resíduos (associado a uma determinada umidade) há uma promoção da aceleração do processo de decomposição aeróbia, originando assim dióxido de carbono, água, nitrogênio e calor.
II 40 a 60 dias meses 1 a 6 Fase de transição ou fase anaeróbia não metanogênica
Inicia o esgotamento do oxigênio, além da mudança de comportamento do nitrato e do sulfato, que começarão a atuar como receptores de elétrons nas reações de conversões biológica acarretando na formação das condições anaeróbias e contribuindo para uma curta geração de hidrogênio.
III 6 a 12 meses 3 meses a 3 anos
Fase ácida ou Anaeróbia metanogênica
instável
Ocorre a aceleração da atividade microbiana muito em função da produção de quantidades significativas de ácidos orgânicos e quantidades menores de hidrogênio. Durante a hidrólise ocorre a transformação dos compostos de maior peso molecular (lipídeos, polissacarídeos, proteínas e ácidos nucleicos) em compostos apropriados para uso de microrganismos como fonte de energia e carbono. Já na acidogênese, começa a conversão microbiológica dos compostos resultantes da hidrólise em compostos intermediários de peso molecular menor, exemplificado pelo ácido acético e pequenas concentrações de outros ácidos orgânicos mais complexos. (TCHOBANOGLOUS et al. 1993).
IV 12 a 24 meses 8 a 40 anos metanogênica Anaeróbia estável
Os microrganismos predominantes são estritamente anaeróbios e produzem metano e dióxido de carbono a partir de ácidos acético e hidrogênio. Há uma constância nas taxas de produção e composição dos gases produzidos, em média 50% de metano e 50% de dióxido de carbono. V 24 a 60 meses ou mais 1 a 40 anos Facultativa alcalinogênica – maturação final, ou metanogênica declinante.
A taxa de geração de gás no aterro diminui significativamente, devido ao fato de que a maioria dos nutrientes disponíveis já ter sido removida durante as lixiviações anteriores e os substratos restantes serem lentamente biodegradáveis. Dependendo das medidas de encerramento da célula de disposição de RSU, pequenas quantidades de nitrogênio e oxigênio podem ser encontradas no aterro. Durante esta fase, o lixiviado, na maioria das vezes, contém ácidos húmicos e fúlvicos que são biologicamente difíceis de serem decompostos (TCHOBANOGLOUS et al. 1993).
Cintra (2009) apresentou um paralelo entre os diversos modelos utilizados para descrever o processo de degradação de resíduos sólidos em aterros sanitários. Essa análise comparativa está apresentada no Quadro 3-3.
Autores Fase 1 Fase 2 Fase 3 Fase 4 Fase 5 REES (1980) apud LIMA (1988) FASE AERÓBIA - curta duração - baixo teor de oxigênio - carga orgânica alta - elevação de temperatura - produção de CO2, água e calor. - dissolução de sais muito solúveis (NaCl) dos resíduos, pelo chorume presente. FASE ANAERÓBIA NÃO METANOGÊNIC A - produção máxima de ácidos voláteis - início da produção de metano - picos máximos de produção de CO2 e de H2 (1 a 6 meses – EUA) FASE METANOGÊNIC A INSTÁVEL - caracterizada pela variação crescente da produção de metano - hidrogênio desaparece devido à velocidade de utilização das bactérias metanogênicas (3 meses a 3 anos – EUA) FASE METANOGÊNIC A ESTÁVEL - caracterizada pelo equilíbrio entre as bactérias formadoras de ácidos voláteis e de metano. - a produção de metano é estável, bem como a dos
demais gases e suas respectivas taxas de utilização. (8 a 40 anos – EUA) FASE REGRESSIV A - queda gradativa da produção de metano e CO2 e a gradual entrada de ar no meio (O2 e N2) (1 a 40 anos, ou mais – EUA). POHLAN D et al. (1985) FASE DE AJUSTAMENT O INICIAL Mesmas características do modelo anterior e término no início da produção de CO2 FASE DE TRANSIÇÃO Início na formação de chorume e produção de ácidos voláteis. FASE DE FORMAÇÃO DE ÁCIDOS Predominância de ácidos voláteis no chorume (grande diferença em relação ao modelo de REES, 1980). FASE METANOGÊNIC A ESTÁVEL Consenso quanto à nomenclatura e duração ao modelo de REES (1980) FASE REGRESSIV A Consenso quanto à nomenclatura e duração ao modelo de REES (1980) PINTO (2000) FASE AERÓBIA - ajustamento inicial quando os componentes orgânicos biodegradáveis dos resíduos sólidos começam a sofrer a decomposição microbiana, logo após a deposição no aterro, em condições aeróbias. - oxigênio e nitrato são FASE ANAERÓBIA ÁCIDA 1ª. Etapa – HIDRÓLISE Redução de nitrato e sulfato à N2 e H2S. Aceleração das atividades microbianas, com produção significativa de ácidos carboxílicos. Queda de pH (<6,0). Hidrólise enzimática dos FASE ACELERADA DE PRODUÇÃO DE METANO - conversão de ácido acético e H2 a CH4 e CO2 pelas archaea metanogênicas - a taxa de produção de metano eleva-se gradualmente com a concomitante redução da concentração de ácidos orgânicos e elevação do pH FASE DE PRODUÇÃO DESACELERAD A DE METANO - ocorre após a matéria orgânica facilmente degradável ter sido convertida a CH4 e CO2 - caracteriza-se pelo decréscimo da taxa de produção de CO2 e CH4, (40 a 60%), pela redução da concentração de ácidos.
Autores Fase 1 Fase 2 Fase 3 Fase 4 Fase 5 consumidos - açucares solúveis servem de fontes de carbono para as atividades microbianas - o gás será composto praticamente de CO2 - o pH (~7,0) cai rapidamente com o consumo de O2 e inicia-se a fermentação compostos de massas moleculares mais elevadas (lipídios, proteínas e polissacarídeos), formando compostos mais simples (açúcares, aminoácidos, ácidos graxos), utilizados como fonte de energia. 2ª. Etapa – ACIDOGÊNESE Os compostos mais simples da fase anterior são convertidos a outros intermediários (ácidos acético, propiônico, butírico, CO2) e H2 (acidogênese). 3ª. Etapa – ACETOGÊNESE Os compostos intermediários são convertidos a H2, ácido acético e CO2 (principal da fase). O pH do percolado cai para
valores próximos a 5,0. A DQO solúvel e a condutividade do percolado aumentam significativament e, devido à dissolução dos ácidos orgânicos no percolado.
para valores entre 6,2 e 7,9. A produção de metano chega a atingir o seu limite máximo de 50 a 70% em volume - ocorre pouca hidrólise de sólidos - ocorre pouca mudança nas populações anaeróbias (maior nível das metanogênicas) Carboxílicos (<100 mg/L), provocando um aumento do pH do sistema. A produção de metano é controlada pela hidrólise de sólidos, pois nessa fase não há
muita disponibilidade de substrato solúvel (ácidos carboxílicos acumulados). - a taxa de decomposição da celulose e hemicelulose é
maior que das fases anteriores
Com base nas informações descritas no Quadro 3-3 observa-se a similaridade existente entre os modelos descritos por Rees (1980) apud Lima (1988) e Pohland et al (1985), havendo divergências mínimas no comportamento da Fase II.
Já o modelo apresentado por Pinto (2000) apresenta quatro fases (aeróbia, anaeróbia ácida, fase acelerada de produção de metano e fase desacelerada de produção de metano) com um maior nível de detalhamento do comportamento esperado em cada uma dessas fases. A divergência principal deste modelo quando comparado ao de Pohland et al (1985) está na divisão entre as fases ácidas e metanogênicas, onde para Pohland elas ocorrem em 3 momentos distintos, enquanto Pinto aposta em 2 momentos.
Para Vazoller (1999), a natureza da gênese do metano em etapas, a partir de compostos orgânicos complexos, descreve a importância das interações microbianas que buscam evitar o acúmulo de ácidos orgânicos e alcoóis no meio em fermentação.
Um ponto comum em todos os modelos é a afirmativa de que diversos fatores podem influenciar na taxa de biodegradação quando estas ocorrem em campo. A exemplo, temos o clima, que é um dos aspectos críticos da pesquisa em questão, principalmente pelo fato do ASMC está situado numa cidade de clima tropical, já que as bactérias metanogênicas são mais sensíveis do que as acidogênicas ao clima.
Os principais fatores que podem influenciar na digestão anaeróbia são:
pH: De acordo com Barbosa e Torres (1999), o pH ótimo ao crescimento bacteriano é bem definido, servindo de base para a classificação dos microrganismos em acidófilos, neutrófilos ou basófilos. Todavia algumas espécies se adaptam a diferentes valores, sendo capazes de manter o pH intracelular em torno de 7,5 porque possuem tampões naturais e efetuam trocas de íons de hidrogênio com o meio externo (Bidone, 2001). As bactérias metanogênicas são as mais sensíveis à variação do pH. A faixa ótima de pH para o pleno desenvolvimento deste grupo varia de 6,5 a 7,6.
Temperatura: De forma bem parecida ao que acontece com o pH, há uma faixa de temperatura ótima, onde as bactérias podem crescer. Na temperatura ótima as enzimas bacterianas estão na forma mais ativa. Na temperatura mínima as enzimas trabalham com menor eficiência, portanto o processo de conversão da matéria orgânica em
metabólitos é mais lento. Já na faixa máxima, ocorre a desnaturação das proteínas (destruição do arranjo molecular) causando a morte celular (BARBOSA e TORRES, 1999). Markovich e Petrova, (1966), citam que as bactérias metanogênicas podem atuar em duas faixas distintas de temperatura: a mesofílica que varia de 29 a 45 °C e a termófila que vai de 45 a 70°C.
Teor de umidade: representa a quantidade de água presente nos RSU, geralmente expresso base seca ou base úmida. Destaca-se que o teor de umidade dos RSU pode sofrer alterações em função das estações do ano ou em função do índice pluviométrico (TCHOBANOGLOUS et al.,1977). Essa característica é importante uma vez que se relaciona com outras características, como massa específica e poder calorífico, afetando o gerenciamento dos resíduos, principalmente no caso da incineração. Os componentes orgânicos do RSU geralmente concentram a maior parcela de umidade, seguido pelos papéis e papelões, trapos, couros, e por fim, os inertes e finos, (LIMA e NUNES, 1994).
3.5. Geotecnia em aterros sanitários.
Quando se acompanha a operação e funcionamento de um aterro sanitário deve-se atentar para os aspectos geotécnicos relacionados aos maciços de resíduos, uma vez que, inúmeros problemas podem surgir em função dos deslocamentos do maciço, aumento da pressão interna das células, formação de bolhas de ar, bolsões de material líquido, etc.
Como os RSU possuem características distintas em função da localização, aspectos culturais e climáticos, dificilmente ocorrerá uma similaridade nesses problemas, caso sejam comparados dois ou mais aterros no Brasil. Portanto, tornam-se necessários estudos mais aprofundados sobre as propriedades mecânicas dos RSU, principalmente no que tange a compressibilidade e resistência ao cisalhamento.
A sistemática de monitoramento geotécnico se baseia principalmente no controle de deslocamentos verticais, também chamado de recalques, e horizontais, por meio de marcos superficiais, placas de recalques, controles de níveis de chorume e pressão dos gases (piezômetros), além do controle de vazões drenadas de percolados e gases. Com base nesses dados de campo é possível proceder com análises de estabilidade e recalques, visando à
garantia da estabilidade do aterro durante sua vida útil, (BOSCOV, 2008).
Melo (2003) considera os recalques que ocorrem na massa de RSU um aspecto de especial importância prática e bastante citado como um dos principais problemas operativo, uma vez que os recalques não só repercutem nos aspectos estruturais da obra, mas também no que diz respeito ao aproveitamento do volume. O autor destaca ainda que entender a evolução dos recalques diferenciais, também é de suma importância, pois estes podem causar danos a uma cobertura corretamente projetada e construída, bem como ao sistema de drenagem. Segundo Moreda (2000) tais recalques podem gerar instabilidades na massa de RSU e/ou deslizamentos de taludes.
Nos aterros sanitários podem ocorrer basicamente três tipos de recalques:
Imediatos ou elásticos: Como a compressão imediata ou inicial é o resultado de pressões externas impostas por máquinas compactadoras, no instante inicial da disposição, dependendo do equipamento utilizado e, da densidade que se quer conseguir, o recalque imediato será mais expressivo, ou não (MOREDA, 2000). O autor ainda comenta que o recalque imediato não apresenta relação alguma com a biodegradação, haja vista que ele é instantâneo.
Primários: que ocorrem devido à expulsão de líquidos e gases do interior da massa de RSU, ou seja, dos espaços preenchidos por estes fluidos. Isso tem sido considerado como um processo de consolidação com um baixo valor de saturação do RSU e alta condutividade do chorume e/ou gases. Sob condições não saturadas, como pode ser esperado em locais com RSU recente, a compressão primária ocorre rapidamente (BJARNGARD e EDGERS, 1990), sendo difícil distingui-la da compressão secundária.
Secundários: que ocorrem principalmente devido a fluência e a biodegradação e se prolongam com o tempo, estando relacionados com o decaimento biológico e o progressivo reacomodamento da estrutura dos RSU (MOREDA, 2000).
Kaimoto e Abreu (1999) apud Boscov (2008) sugeriram uma metodologia para análise da estabilidade dos maciços em aterros sanitários baseada no monitoramento geotécnico. Esta metodologia consiste em:
Estabelecimento do modelo inicial de comportamento mecânico, englobando processos e as etapas operacionais, além da distribuição das pressões neutras;
Verificação das condições de estabilidade – teste das hipóteses;
Implantação sequenciada de instrumentos capazes de medir as pressões neutras e de deslocamento;
Análise conjunta do comportamento teórico e de campo.
3.5.1. Monitoramento de recalques e deslocamentos horizontais
O monitoramento geotécnico em diversos aterros no Brasil é realizado periodicamente com base nos marcos superficiais e piezômetros (Figuras 3-1 e 3-2 respectivamente).
Denomina-se marco superficial o elemento de concreto (geralmente pré-moldado) com pino de metal engastado em sua face superior, instalado na superfície do aterro. Com base no seu deslocamento é possível determinar os deslocamentos dos maciços das células do ASMC.
Figura 3-1– Registro fotográfico marco superficial antes da instalação no ASMC.
Figura 3-2 - Registro fotográfico piezômetro câmara dupla instalado no ASMC.
Fonte: A autora. Fonte: A autora.
Quando o deslocamento é no sentido vertical, denominamos o movimento de recalque, que é obtido através da diferença entre os valores da cota atual e da inicial, ou, entre a diferença dos valores da cota atual e o da última leitura obtida. Já o deslocamento horizontal é calculado
através das leituras das coordenadas Leste e Norte.
Diversos fatores contribuem para os recalques, tais como:
Decomposição bioquímica dos RSU;
Ações mecânicas (compactação, peso próprio, sobrecargas, etc.) e,
Percolação de líquidos contribuindo para a reorientação/movimentação de partículas menores e para a mudança nas tensões efetivas entre as partículas do RSU .
Entretanto outros fatores contribuem para a magnitude e consequentemente velocidade do recalque, são eles:
Altura do aterro;
Umidade e temperatura; Presença de gases;
Nível e flutuação de chorume;
Índice de vazios e materiais degradáveis.
A necessidade de se estudar as propriedades mecânicas dos RSU é ampliada quando se deseja reaproveitar áreas já utilizadas no aterro, principalmente quando não é conhecida a capacidade de carga dos maciços, que é geralmente reduzida e dependente dos métodos construtivos, composição e densidade dos RSU e espessura do solo utilizado na cobertura dos RSU.
Semelhante aos problemas geotécnicos tradicionais que ocorrem em taludes, nos aterros sanitários as rupturas nos maciços podem ocorrer na massa de RSU, na cobertura do aterro, no solo de fundação, na base do talude, nas interfaces ou ainda no sistema de isolamento da trincheira de ancoragem.
